KR20240015343A - 이종 바인더가 블렌딩된 이차전지 전극용 절연 조성물, 그 제조방법 및 상기 전연 조성물을 포함하는 이차전지 전극 - Google Patents

이종 바인더가 블렌딩된 이차전지 전극용 절연 조성물, 그 제조방법 및 상기 전연 조성물을 포함하는 이차전지 전극 Download PDF

Info

Publication number
KR20240015343A
KR20240015343A KR1020220093079A KR20220093079A KR20240015343A KR 20240015343 A KR20240015343 A KR 20240015343A KR 1020220093079 A KR1020220093079 A KR 1020220093079A KR 20220093079 A KR20220093079 A KR 20220093079A KR 20240015343 A KR20240015343 A KR 20240015343A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
aqueous
binder
secondary battery
insulating composition
aqueous binder
Prior art date
Application number
KR1020220093079A
Other languages
English (en)
Inventor
장성근
최상아
윤성수
Original Assignee
주식회사 엘지에너지솔루션
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 주식회사 엘지에너지솔루션 filed Critical 주식회사 엘지에너지솔루션
Priority to KR1020220093079A priority Critical patent/KR20240015343A/ko
Priority to PCT/KR2023/010523 priority patent/WO2024025256A1/ko
Publication of KR20240015343A publication Critical patent/KR20240015343A/ko

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/62—Selection of inactive substances as ingredients for active masses, e.g. binders, fillers
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/42—Methods or arrangements for servicing or maintenance of secondary cells or secondary half-cells
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/42—Methods or arrangements for servicing or maintenance of secondary cells or secondary half-cells
    • H01M10/4235—Safety or regulating additives or arrangements in electrodes, separators or electrolyte
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/13—Electrodes for accumulators with non-aqueous electrolyte, e.g. for lithium-accumulators; Processes of manufacture thereof
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/13—Electrodes for accumulators with non-aqueous electrolyte, e.g. for lithium-accumulators; Processes of manufacture thereof
    • H01M4/139—Processes of manufacture
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M2004/026—Electrodes composed of, or comprising, active material characterised by the polarity
    • H01M2004/028—Positive electrodes
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10—Energy storage using batteries

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Battery Electrode And Active Subsutance (AREA)

Abstract

본 발명은 비수계 용매 치환된 수계 바인더, 및 비수계 바인더가 블렌딩된 절연 조성물에 관한 것으로, 상기 절연 조성물은, 전극 절연층으로 적용시, 습윤 접착력이 우수하면서도 활물질 슬러리와의 겔화 발생을 방지할 수 있으며, 활물질 슬러리와 절연 조성물을 동시 코팅하는 공정에 효과적으로 적용 가능하다.

Description

이종 바인더가 블렌딩된 이차전지 전극용 절연 조성물, 그 제조방법 및 상기 전연 조성물을 포함하는 이차전지 전극{Insulation Composition for Electrode of Secondary Battery Blended with Heterogeneous Binders, Manufacturing Method Thereof, and Electrode of Secondary Battery Comprising the Insulation Composition}
본 발명은 이종 바인더가 블렌딩된 절연 조성물과 그 제조방법, 그리고 상기 절연 조성물을 포함하는 이차전지용 전극극에 관한 것이다.
모바일 기기에 대한 기술 개발과 수요가 증가함에 따라 에너지원으로 이차 전지의 수요가 급격히 증가하고 있고, 이에 따라 다양한 요구에 부응할 수 있는 전지에 대해 많은 연구가 행해지고 있다.
이러한 이차 전지에서 주요 연구과제 중의 하나는 안전성을 향상시키는 것이다. 전지의 안전성 관련 사고의 주요한 원인은 양극과 음극간의 단락으로 인한 비정상적인 고온 상태의 도달에 기인한다. 즉, 정상적인 상황에서는 양극과 음극간의 분리막이 위치하여 전기적 절연을 유지하고 있으나, 전지가 과충전 또는 과방전을 일으키거나, 전극 재료의 수지상 성장(dendritic growth) 또는 이물에 의한 내부 단락을 일으키거나, 못, 나사 등의 예리한 물체가 전지를 관통하거나, 외력에 의해 전지에 무리한 변형이 가해지는 등의 비정상적인 상황에서는 기존 분리막으로는 한계를 보이게 된다. 이러한 외부 충격 또는 고온 조건 하에서 전극의 단락 가능성을 낮추기 위하여 다양한 방법이 시도되었다. 예를 들어, 전지의 내부 단락을 해결하기 위하여, 전극의 무지부와 활물질층의 일부에 절연 테이프를 부착하거나, 절연액을 코팅시켜 절연층을 형성하는 방법이 제안되었다.
종래에는, 전극의 절연층으로 비수계 바인더(예를 들어, PVDF)를 이용하여 코팅을 수행하였다. 그러나, 비수계 바인더로 형성된 절연층은 전해액에 함침된 상태에서의 접착력(이하, 습윤 접착력)이 저하되어, 전극의 오버레이(overlay) 영역에 리튬 이온의 이동을 막지 못하여 용량이 발현되는 문제가 있다.
이에, 전극의 절연층으로 스티렌-부타디엔 러버(SBR)와 같은 수계 바인더를 사용하는 연구가 진행되었다. 수계 바인더로 절연층을 형성하기 위해서는, 코팅액을 제조하는 과정에서 용매로 물을 사용하게 된다. 그러나, 전극, 특히 양극의 경우에는, 활물질 성분이 수분에 매우 취약하다는 한계가 있다. 따라서, 용매로 물을 사용하게 되면, 양극 활물질층에 손상을 유발할 수 있다.
나아가, 절연층 형성을 위한 절연 조성물이 수계 바인더를 포함하고 있으면, 활물질 슬러리에 포함된 비수계 바인더와 접촉하면서 겔화(gelation)가 발생하는 한계가 있다.
따라서, 습윤 접착력이 우수하면서, 활물질 슬러리에 함유된 바인더와 겔화 현상이 발생되지 않는 새로운 절연 조성물에 대한 기술 개발이 필요한 실정이다.
대한민국 공개특허공보 제10-2019-0093524호
이에, 본 발명의 목적은 전극용 절연층으로 적용 가능하면서도, 공정성이 우수한 절연 조성물, 상기 절연 조성물을 제조하는 방법, 그리고 상기 절연 조성물을 포함하는 전극을 제공하는데 있다.
상술된 문제를 해결하기 위하여, 본 발명의 하나의 실시예에 따른 이차전지 전극용 절연 조성물은 비수계 용매 치환된 수계 바인더, 및 비수계 바인더가 블렌딩된 조성이다.
하나의 실시예에서, 상기 이차전지 전극용 절연 조성물은, 비수계 용매 치환된 수계 바인더, 및 비수계 바인더가 블렌딩된 바인더 매트릭스; 및 상기 바인더 매트릭 내에 분산된 무기 입자를 포함한다.
구체적인 실시예에서, 상기 이차전지 전극용 절연 조성물은, 비수계 용매 치환된 수계 바인더 5 내지 50 중량부; 비수계 바인더 5 내지 50 중량부; 및 무기 입자 30 내지 90 중량부를 포함한다.
구체적인 실시예에서, 본 발명에 따른 이차전지 전극용 절연 조성물은, 비수계 유기용매를 더 포함한다. 예를 들어, 상기 비수계 유기용매는, N-메틸-피롤리돈(NMP), 디메틸포름아마이드(DMF), 디메틸아세트아마이드(DMAc), 디메틸설폭사이드(DMSO), 에틸렌 카보네이트(EC), 디에틸카보네이트(DEC), 에틸메틸카보네이트(EMC), 디메틸카보네이트(DMC), 프로필렌 카보네이트(PC), 디프로필카보네이트(DPC), 부티렌 카보네이트(BC), 메틸프로필 카보네이트(MPC), 에틸프로필 카보네이트(EPC), 아세토니트릴(Acetonitrile), 디메톡시에탄(Dimethoxyethane), 테트라하이드로퓨란(THF), 감마 부티로락톤(γ-butyrolactone), 메틸 알코올(methyl alcohol), 에틸 알코올(ethyl alcohol), 및 이소프로필 알코올(isopropyl alcohol)로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상을 포함한다.
예를 들어, 상기 비수계 용매는 N-메틸-피롤리돈(NMP)이다. 또한, 상기 수계 바인더는 스티렌-부타디엔 러버(SBR)이고, 상기 비수계 바인더는 폴리비닐리덴 플로라이드(PVDF)이다.
또 다른 예를 들어, 무기 입자는, 보헤마이트(AlOOH) 및 알루미나(Al2O3) 중 1종 이상이다.
하나의 실시예에서, 상기 절연 조성물은, 25℃ 조건에서, 점도가 50 cP 내지 50,000 cP 범위이다.
또한, 본 발명은 앞서 설명한 이차전지 전극용 절연 조성물을 제조하는 방법을 제공한다. 하나의 실시예에서, 본 발명에 따른 이차전지 전극용 절연 조성물 제조방법은, 수계 용매에 분산된 수계 바인더, 및 비수계 용매의 혼합물로부터 수계 용매를 증발시켜 비수계 용매 치환된 수계 바인더를 제조하는 단계; 및 비수계 용매 치환된 수계 바인더와 비수계 바인더를 혼합하여 블렌딩된 바인더를 제조하는 단계를 포함한다.
하나의 실시예에서, 상기 블렌딩된 바인더를 제조하는 단계는, 무기 입자를 혼합하는 과정을 포함한다.
또 다른 하나의 실시예에서, 상기 비수계 용매 치환된 수계 바인더를 제조하는 단계에는, 수계 용매에 분산된 수계 바인더, 및 비수계 바인더의 혼합물을 열처리하여 수계 용매를 증발시키는 과정을 통해 수행한다.
예를 들어, 상기 열처리는 80 내지 150℃ 범위에서 수행한다.
또한, 본 발명은 앞서 설명한 이차전지 전극용 절연 조성물을 이용하여 형성된 절연층을 포함하는 이차전지 전극을 제공한다. 하나의 실시예에서, 본 발명에 따른 이차전지 전극은, 전극 집전체; 전극 집전체의 일면 또는 양면에 형성된 활물질층; 및 전극 집전체의 일면 또는 양면에 형성되되, 상기 활물질층의 엣지 영역에 위치하는 절연층을 포함한다. 또한, 상기 절연층은 비수계 용매 치환된 수계 바인더, 및 비수계 바인더가 블렌딩된 조성이다.
구체적인 하나의 실시예에서, 상기 절연층은 비수계 용매 치환된 수계 바인더, 및 비수계 바인더가 블렌딩된 바인더 매트릭스 내에 무기 입자가 분산된 조성이다.
예를 들어, 상기 절연층은 평균 두께(Dave)가 1 내지 50 ㎛ 범위이다.
예를 들어, 상기 이차전지 전극은 양극이다.
본 발명에 따른 절연 조성물은, 전극 절연층으로 적용시, 습윤 접착력이 우수하면서도 활물질 슬러리와 절연 조성물 사이의 이종 바인더 적용에 의한 겔화 발생을 방지할 수 있으며, 활물질 슬러리와 절연 조성물을 동시 코팅하는 공정에 효과적으로 적용 가능하다.
도 1은 실시예 1에 따른 금속 시편을 제조한 모습을 촬영한 사진이다.
도 2 내지 4는, 절연층을 형성한 양극 시편에 대하여, 두께 변화 프로파일을 도시한 그래프들들이다.
도 5는 하프 셀들에 대한 용량 발현 평가 결과를 도시한 그래프이다.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다.
그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
본 발명에서, "포함한다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
또한, 본 발명에서, 층, 막, 영역, 판 등의 부분이 다른 부분 "상에" 있다고 기재된 경우, 이는 다른 부분 "바로 위에" 있는 경우뿐만 아니라 그 중간에 또 다른 부분이 있는 경우도 포함한다. 반대로 층, 막, 영역, 판 등의 부분이 다른 부분 "하에" 있다고 기재된 경우, 이는 다른 부분 "바로 아래에" 있는 경우뿐만 아니라 그 중간에 또 다른 부분이 있는 경우도 포함한다. 또한, 본 출원에서 "상에" 배치된다고 하는 것은 상부뿐만 아니라 하부에 배치되는 경우도 포함하는 것일 수 있다.
본 발명에서, "절연 코팅층"이란, 전극 집전체의 무지부 중 적어도 일부로부터 전극 활물질층의 적어도 일부까지 도포 및 건조하여 형성되는 절연 부재를 의미한다.
본 발명에서 "습윤 접착력"이란, 전해액에 함침된 상태에서 측정한 절연 코팅층의 접착력을 의미한다. 보다 구체적으로, 상기 습윤 접착력은 절연 코팅층이 형성된 금속 시편을 전해액에 함침시키고, 초음파를 인가한 후, 상기 절연 코팅층의 스웰링 또는 탈리 여부를 확인함으로써 측정할 수 있다.
이하, 본 발명을 보다 상세하게 설명한다.
본 발명은 절연 조성물에 관한 것으로 이차전지 전극용 절연 조성물로 적용 가능하다. 구체적으로는, 본 발명은 이차전지 전극 제조 과정에서, 전극 활물질층의 엣지 영역에 위치하는 절연층 형성으로 적용되는 절연 조성물을 제공한다.
종래에는 양극 절연층으로 비수계 바인더를 이용하였다. 그러나, 비수계 바인더가 적용된 절연층은 전해액에 함침된 상태에서의 습윤 접착력이 저하되는 한계가 있다. 한편, 양극 절연층으로 수계 바인더를 이용하는 것은, 용매로 물을 사용하는 문제가 있다. 양극은 다량의 리튬 성분을 포함하고, 이는 물과 접촉하면 안전성이 급격히 저하되고 심한 경우 화재를 유발할 수 있다. 더불어, 비수계 바인더를 이용한 절연층용 슬러리와 양극 활물질층용 슬러리를 동시 코팅을 수행하지 못하는 문제가 발생하게 된다. 구체적으로, 절연층용 슬러리와 양극 활물질층용 슬러리 사이에서 서로 다른 바인더 적용에 의한 겔화(gelation)가 발생하게 된다.
본 발명은, 비수계 용매 치환된 수계 바인더, 및 비수계 바인더가 블렌딩된 조성의 절연 조성물을 제공함으로써, 이러한 문제점들을 일거에 해소할 수 있다.
구체적으로는, 본 발명은 용매 치환을 통해, '물'을 포함하지 않는 수계 바인더를 제공한다. 이를 통해, 양극 적용시, 안전성 저해 요인을 제거할 수 있다. 더욱이 수계 바인더를 사용함으로써, 전해액에 함침된 상태에서의 습윤 접착력 저하를 방지한다. 또한, 본 발명은 비수계 바인더와의 블렌딩을 통해, 양극 활물질층용 슬러리 내에 함유된 바인더 성분과의 겔화를 유발하지 않는다.
구체적인 하나의 실시예에서, 본 발명에 따른 절연 조성물은, 비수계 용매 치환된 수계 바인더, 및 비수계 바인더가 블렌딩된 바인더 매트릭스; 및 상기 바인더 매트릭스 내에 분산된 무기 입자를 포함한다. 상기 절연 조성물은, 무기 입자를 함유함으로써, 절연성을 높이고, 보다 균일한 절연층 형성이 가능하다.
하나의 실시예에서, 본 발명에 따른 절연 조성물은, 비수계 용매 치환된 수계 바인더와 비수계 바인더를 5 내지 95 : 5 내지 95 중량부의 비율로 포함할 수 있다. 구체적으로는, 상기 비수계 용매 치환된 수계 바인더와 상기 비수계 바인더의 함량 비율은, 중량부를 기준으로, 10 내지 90 : 10 내지 90 범위, 30 내지 80 : 20 내지 70 범위, 40 내지 60 : 40 내지 60 범위, 35 내지 55 : 45 내지 65 범위, 또는 45 내지 65 : 35 내지 55 범위일 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 절연 조성물은 무기 입자를 더 포함할 수 있다. 이 경우, 예를 들어, 상기 절연 조성물은 비수계 용매 치환된 수계 바인더 5 내지 50 중량부; 비수계 바인더 5 내지 50 중량부; 및 무기 입자 30 내지 90 중량부를 포함한다. 또는, 상기 절연 조성물은 비수계 용매 치환된 수계 바인더 20 내지 55 중량부; 비수계 바인더 20 내지 55 중량부; 및 무기 입자 10 내지 80 중량부를 포함한다. 또는, 상기 절연 조성물은 비수계 용매 치환된 수계 바인더 25 내지 50 중량부; 비수계 바인더 25 내지 50 중량부; 및 무기 입자 20 내지 50 중량부를 포함한다.
하나의 실시예에서, 상기 수계 바인더는 스티렌-부타디엔 러버, 아크릴레이트 스티렌-부타디엔 러버, 아크릴로니트릴-부타디엔 러버, 아크릴로니트릴-부타디엔-스티렌 러버, 아크릴 고무, 부틸고무, 불소고무, 폴리테트라플루오로에틸렌, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 에틸렌프로필렌공중합체, 폴리에틸렌옥시드, 폴리비닐피롤리돈, 폴리에피크로로히드린, 폴리포스파젠, 폴리아크릴로니트릴, 폴리스틸렌, 에틸렌프로필렌디엔공중합체, 폴리비닐피리딘, 클로로설폰화폴리에틸렌, 라텍스, 폴리에스테르수지, 아크릴수지, 페놀수지, 에폭시 수지, 폴리비닐알콜, 하이드록시프로필메틸셀룰로즈, 히드록시프로필셀룰로오스 및 디아세틸셀룰로오스로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상일 수 있다. 예를 들어, 상기 수계 바인더는 스티렌-부타디엔 러버일 수 있다.
본 발명은 상기 수계 바인더 적용시, 용매 치환 방식을 이용한 전처리를 수행하게 된다. 예를 들어, 상기 수계 바인더는 수계 바인더인 '물'이 유기유매로 치환된 상태로 적용된다. 용매 치환 방식으로는, 수계 용매에 분산된 수계 바인더를 비수계 용매와 혼합한 상태에서, 열처리를 통해 수계 용매를 휘발시켜 제거하는 방식으로 수행 가능하다.
본 발명에서는, '용매 치환된' 수계 바인더를 적용함으로써, 바인더 간 겔화 현상이 유발되지 않으면서도, 절연층의 습윤 접착력을 높일 수 있다.
하나의 실시예에서, 상기 비수계 바인더는 폴리비닐리덴플루오라이드(polyvinylidenefluoride), 폴리비닐리덴플루오라이드-헥사플루오로프로필렌 코폴리머(PVDF-co-HFP), 폴리비닐리덴플루오라이드(polyvinylidenefluoride), 폴리아크릴로니트릴(polyacrylonitrile), 폴리메틸메타크릴레이트(polymethylmethacrylate) 및 이들의 공중합체로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상의 수지를 포함할 수 있다. 하나의 예로서, 상기 비수계 바인더는 폴리비닐리덴플루오라이드(polyvinylidenefluoride)를 포함할 수 있다.
본 발명에서는, 비수계 바인더를 함께 사용함으로써, 활물질층, 특히 PVDF 바인더를 적용한 양극 활물질층 과의 접착력을 높이고, 바인더 간 겔화 발생을 억제할 수 있다.
아울러, 상기 무기 입자, 예를 들어, AlOOH, Al2O3, γ-AlOOH, Al(OH)3, Mg(OH)2, Ti(OH)4, MgO, CaO, Cr2O3, MnO2, Fe2O3, Co3O4, NiO, ZrO2, BaTiO3, SnO2, CeO2, Y2O3, SiO2, 실리콘 카바이드(SIC) 및 보론 나이트라이드(BN)로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나 이상일 수 있다. 구체적인 예에서, 상기 무기 입자는 AlOOH, Al2O3, γ-AlOOH 및 Al(OH)3로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나 이상일 수 있다. 예를 들어, 상기 무기 입자는 보헤마이트(AlOOH) 및 알루미나(Al2O3) 중 1종 이상, 또는 AlOOH 일 수 있다.
상기 무기 입자의 평균 입경은 0.1 ㎛ 내지 100 ㎛일 수 있으며, 0.5 ㎛ 내지 80 ㎛ 일 수 있으며, 1 ㎛ 내지 50 ㎛; 2 ㎛ 내지 30 ㎛; 3 ㎛ 내지 20 ㎛ 또는 5 ㎛ 내지 10 ㎛일 수 있다.
본 발명에서는, 무기 입자를 함유하는 절연 조성물을 제공함으로써, 절연성을 높이고, 보다 균일한 절연층 형성이 가능하다.
또 다른 하나의 실시예에서, 본 발명에 따른 절연 조성물은, 비수계 유기용매를 더 포함한다. 예를 들어, 절연 조성물에 포함되는 비수계 유기용매는, N-메틸-피롤리돈(NMP), 디메틸포름아마이드(DMF) 및 디메틸아세트아마이드(DMAc), 디메틸설폭사이드(DMSO), 에틸렌 카보네이트(EC), 디에틸카보네이트(DEC), 에틸메틸카보네이트(EMC), 디메틸카보네이트(DMC), 프로필렌 카보네이트(PC), 디프로필카보네이트(DPC), 부티렌 카보네이트(BC), 메틸프로필 카보네이트(MPC), 에틸프로필 카보네이트(EPC), 아세토니트릴(Acetonitrile), 디메톡시에탄(Dimethoxyethane), 테트라하이드로퓨란(THF), 감마 부티로락톤(γ-butyrolactone), 메틸 알코올(methyl alcohol), 에틸 알코올(ethyl alcohol) 및 이소프로필 알코올(isopropyl alcohol)로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상일 수 있다.
구체적인 예에서, 상기 비수계 유기용매는 N-메틸-피롤리돈(NMP), 디메틸포름아마이드(DMF), 디메틸아세트아마이드(DMAc) 및 디메틸설폭사이드(DMSO)로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상일 수 있으며, N-메틸-피롤리돈(NMP), 디메틸포름아마이드(DMF) 및 디메틸아세트아마이드(DMAc)로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상일 수 있다.
예를 들어, 상기 비수계 유기용매는 아미드계 유기용매일 수 있으며, 양극 슬러리 제조시 사용되는 용매와 동일한 용매를 사용할 수 있으며, 상기 비수계 유기용매는 N-메틸-피롤리돈(NMP)일 수 있다.
또 다른 측면에서, 상기 절연 조성물은, 양극 활물질층용 슬러리와 동일한 비수계 유기용매를 사용할 수 있다. 상기 양극 활물질층용 슬러리와 절연 조성물을 서로 동일한 용매를 사용하는 경우에는, 건조시 비점 차이에 의한 균열 발생을 억제할 수 있다.
하나의 예로서, 본 발명에 따른 절연 조성물에서, 상기 비수계 용매는 N-메틸-피롤리돈(NMP)이고, 상기 수계 바인더는 스티렌-부타디엔 러버(SBR)이고, 상기 비수계 바인더는 폴리비닐리덴플루오라이드(PVDF)일 수 있다.
또 다른 하나의 실시예에서, 상기 절연 조성물은, 25℃ 조건에서, 점도가 50 cP 내지 50,000 cP 범위이다. 구체적으로, 상기 절연 조성물은 25℃ 에서의 점도가 50 cP 내지 50,000 cP, 100 cP 내지 45,000 cP, 1,000 cP 내지 40,000 cP, 2,000 cP 내지 35,000 cP, 3,000 cP 내지 30,000 cP, 4,000 cP 내지 20,000 cP, 5,000 cP 내지 10,000 cP 일 수 있으며, 상기 범위일 때, 전극 활물질층과의 밀착력을 향상시킬 수 있고, 코팅성, 공정성 등을 향상시킬 수 있다.
또한, 본 발명은 앞서 설명한 절연 조성물을 제조하는 방법을 제공한다. 하나의 실시예에서, 본 발명에 따른 절연 조성물의 제조방법은,
수계 용매에 분산된 수계 바인더, 및 비수계 용매의 혼합물로부터 수계 용매를 증발시켜 비수계 용매 치환된 수계 바인더를 제조하는 단계; 및
비수계 용매 치환된 수계 바인더와 비수계 바인더를 혼합하여 블렌딩된 바인더를 제조하는 단계를 포함한다.
본 발명에서는, '용매 치환' 방식을 통해 수계 바인더 분산을 위해 사용된 수계 용매, 예를 들어, '물'을 제거한다. 또한, 수계 바인더를 비수계 용매로 치환함으로써, 비수계 바인더와의 블렌딩 효과를 높일 수 있다.
하나의 실시예에서, 상기 블렌딩된 바인더를 제조하는 단계는, 무기 입자를 혼합하는 과정을 포함할 수 있다. 무기 입자를 혼합함으로써, 절연성을 높이고, 보다 균일한 절연층 형성이 가능하다.
또 다른 하나의 실시예에서, 상기 비수계 용매 치환된 수계 바인더를 제조하는 단계에서, 수계 용매에 분산된 수계 바인더, 및 비수계 바인더의 혼합물을 열처리하여 수계 용매를 증발시키는 과정을 수행한다. 이를 통해, 수계 용매를 비수계 용매로 치환하게 된다. 이 외에도, 상기 열처리와 함께 초음파를 인가하는 과정을 함께 적용하는 것도 가능하다.
구체적인 예에서, 상기 열처리는 80 내지 150℃ 범위에서 수행할 수 있다. 예를 들어, 상기 열처리는 80 내지 130℃ 범위, 90 내지 120℃ 범위 또는 100 내지 120℃ 범위에서 수행 가능하다. 예를 들어, 상기 수계 용매가 '물'인 경우에는, 열처리 온도는 약 100℃ 부근에서 가능하나, 가압 조건 등을 형성하여 열처리 온도는 낮추는 것이 가능하다.
또한, 본 발명은 앞서 설명한 절연 조성물을 적용한 이차전지 전극을 제공한다. 구체적으로는, 상기 절연 조성물은, 이차전지 전극 제조시, 무지부와 유지부 사이의 경계 영역을 절연하는 절연층으로 적용 가능하다.
하나의 실시예에서, 본 발명에 따른 이차전지 전극은, 전극 집전체; 전극 집전체의 일면 또는 양면에 형성된 활물질층; 및 전극 집전체의 일면 또는 양면에 형성되되, 상기 활물질층의 엣지 영역에 위치하는 절연층을 포함한다. 또한, 상기 절연층은 비수계 용매 치환된 수계 바인더, 및 비수계 바인더가 블렌딩된 조성이다.
하나의 실시예에서, 상기 절연층은 비수계 용매 치환된 수계 바인더, 및 비수계 바인더가 블렌딩된 바인더 매트릭스 내에 무기입자가 분산된 조성이다. 여기서, 비수계 용매 치환된 수계 바인더, 비수계 바인더 및 무기 입자에 대한 내용은, 앞서 설명한 바와 동일하다.
또 다른 하나의 실시예에서, 상기 절연층은 평균 두께(Dave)가 1 내지 50 ㎛ 범위이다. 예를 들어, 상기 절연층의 평균 두께(Dave)는 3 내지 20 ㎛ 범위, 5 내지 20 ㎛ 범위 또는 5 내지 15 ㎛ 범위이다.
또한, 본 발명에 따른 이차전지 양극은 집전체의 무지부의 일부 영역으로부터 집전체에 도포된 양극 활물질층용 슬러리의 일부 영역을 커버하도록 절연층이 형성된 구조를 포함한다. 상기 절연층은, 예를 들어, 절연층과 활물질층 사이의 경계 영역에서, 절연층의 두께가 상기 절연층 평균 두께(Dave)의 30% 이하인 구간을 포함하지 않는다. 여기서, 절연층과 활물질층 사이의 경계 영역이란, 단면 구조를 기준으로, 절연층이 도포된 시작 영역으로부터 절연층의 두께가 평균 두께(Dave)를 넘어서는 지점으로부터 활물질 도포 영역에 도달하기 전 영역을 의미한다.
예를 들어, 상기 이차전지 전극은 음극을 배제하는 것은 아니나, 구체적으로는, 이차전지 양극을 의미한다.
구체적으로, 상기 양극은 집전체의 일면 또는 양면에 양극 활물질층용 슬러리를 도포하는 과정을 거쳐 제조 가능하다. 이때, 상기 집전체는 본 발명에 따른 리튬 이차전지용 양극은 집전체로서 당해 전지에 화학적 변화를 유발하지 않으면서 높은 도전성을 가지는 것을 사용할 수 있다. 예를 들어, 스테인리스 스틸, 알루미늄, 니켈, 티탄 및 소성 탄소 중 1종 이상을 사용할 수 있으며, 알루미늄이나 스테인리스 스틸의 경우 카본, 니켈, 티탄 및 은 중 1종 이상으로 표면 처리된 것을 사용할 수도 있다. 예를 들어, 상기 집전체는 알루미늄일 수 있다.
아울러, 상기 양극 활물질용 슬러리에서, 양극 활물질은 양극에서 통상적으로 사용되는 양극 활물질이 모두 사용 가능하며, 리튬망간산화물, 리튬코발트산화물, 리튬니켈산화물, 리튬철산화물 또는 이들을 조합한 리튬복합산화물 등이 사용될 수 있으며, 이에 한정되지 않는다.
상기 양극 활물질용 슬러리에 포함되는 비수계 바인더는 폴리비닐리덴플루오라이드(polyvinylidenefluoride), 폴리비닐리덴플루오라이드-헥사플루오로프로필렌 코폴리머(PVDF-co-HFP), 폴리비닐리덴플루오라이드(polyvinylidenefluoride), 폴리아크릴로니트릴(polyacrylonitrile), 폴리메틸메타크릴레이트(polymethylmethacrylate) 및 이들의 공중합체로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상의 수지를 포함할 수 있다. 하나의 예로서, 상기 바인더는 폴리비닐리덴플루오라이드(polyvinylidenefluoride)를 포함할 수 있다.
이때, 상기 도전재는 양극의 전기 전도성 등의 성능을 향상시키기 위해 사용될 수 있으며, 천연 흑연, 인조 흑연, 카본 블랙, 아세틸렌 블랙, 케첸블랙 및 탄소섬유로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상을 사용할 수 있다. 예를 들어, 상기 도전재는 아세틸렌 블랙을 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 이차전지 양극은 집전체의 무지부의 일부 영역으로부터 집전체에 도포된 양극 활물질층용 슬러리의 일부 영역을 커버하도록 절연 조성물이 도포된 구조를 포함한다. 이때, 상기 양극 활물질층용 슬러리는 미건조 상태일 수 있다. 여기서 미건조라 함은 건조장치 또는 장비에서 별도의 건조과정을 거치지 않은 상태의 슬러리를 의미할 수 있다.
앞서 설명한 바와 같이, 절연 코팅층용 슬러리는 양극 활물질층용 슬러리와 집전체에 동시 코팅될 수 있다.
또한, 상기 이차전지 전극은 집전체에 도포된 양극 활물질층용 슬러리와 절연 조성물을 건조하는 과정을 거쳐 제조 가능하다. 구체적인 예에서, 상기 집전체에 도포된 양극 활물질층용 슬러리와 절연 조성물을 건조하는 과정은, 평균 50℃ 내지 300℃ 온도 범위에서 수행될 수 있다.
상기 양극 활물질층용 슬러리와 절연 조성물을 건조하는 과정은 당 분야에서 통상적으로 알려진 건조 방법으로 상기 양극 활물질층용 슬러리와 절연 코팅층용 슬러리를 완전히 건조하여 용매를 제거할 수 있다. 구체적인 예에서, 건조는 용매가 모두 휘발되는 온도에서 열풍 방식, 직접 가열 방식, 유도 가열 방식 등을 변경하여 적용할 수 있으며, 이에 한정되는 것은 아니다.
이때, 건조 온도는 50℃ 내지 300℃ 온도 범위일 수 있으며, 60 내지 200℃ 또는 70 내지 150℃일 수 있다. 상기 집전체 상에 양극 활물질용 슬러리와 절연 조성물을 코팅 및 건조하는 과정 이후에 압연하는 과정을 더 포함할 수 있다.
이하, 본 발명을 실시예 및 실험예에 의해 보다 상세히 설명한다.
단, 하기 실시예 및 실험예는 본 발명을 예시하는 것일 뿐, 본 발명의 내용이 하기 실시예 및 실험예에 한정되는 것은 아니다.
실시예 1.
스티렌-부타디엔 고무(이하, SBR, ZEON사 BM451B 제품) 바인더가 용매인 물에 60 : 40 비율(중량부)로 분산된 상태 100 g에 대하여, N-메틸-2-피롤리돈(NMP) 용매 500 g을 첨가 및 교반하였다. 그런 다음, 교반된 혼합물을 100 내지 120℃ 조건에서 2시간 동안 가열하면서 함유된 물을 증발시켜, NMP 치환된 SBR 바인더를 제조하였다. 그런 다음, NMP 치환된 SBR 바인더와 PVDF 바인더를 50:50 중량비로 혼합 및 교반하여 절연 조성물을 제조하였다. 제조된 절연 조성물의 점도는 5,000 cP이다.
실시예 2.
실시예 1에서 제조된 절연 조성물에 무기 입자인 보헤마이트(AlOOH)를 첨가하고 교반하였다. NMP 치환된 SBR 바인더, PVDF 바인더, 그리고 무기 입자의 혼합 비율은 20:20:60 중량비가 되도록 조절하였다.
실시예 3~5.
절연 조성물 제조시 바인더의 종류와 함량, 무기 입자 함량 등을 표 1에 개시한 바와 같이 변경한 것을 제외하고는, 실시예 2와 동일한 방법으로 절연 조성물을 수득하였다.
비교예 1.
상업적으로 입수 가능한 PVDF 바인더를 절연 조성물로 사용하였다. 상기 절연 조성물은 NMP 용매를 이용하여 점도 5,000 cP로 제어하였다.
비교예 2.
상업적으로 입수 가능한 PVDF 바인더와 무기 입자인 보헤마이트(AlOOH)를 50:50 중량부 비율로 혼합하고, NMP 용매를 이용하여 점도 5,000 cP로 제어하여 절연 조성물을 수득하였다.
비교예 3.
상업적으로 입수 가능한 SBR 바인더와 무기 입자인 보헤마이트(AlOOH)를 50:50 중량부 비율로 혼합하고, 물 용매를 이용하여 점도 5,000 cP로 제어하여 절연 조성물을 수득하였다.
비교예 4.
SBR 바인더에 대하여 별도의 NMP 용매 치환 과정을 적용하지 않았다. SBR 바인더와 PVDF 바인들 혼합하는 과정에서, 심각한 겔화 현상이 발생하여 코팅 가능한 수준의 조성물이 제조되지 않음을 확인하였다.
실시예 1~5, 비교예 1~4의 구체적인 조성은 아래의 표 1에 나타내었다.
구분 용매 치환된 수계 바인더 비수계 바인더 무기 입자 수계 바인더:비수계 바인더:무기 입자 (중량비)
실시예 1 NMP 치환된 SBR PVDF AlOOH 50:50:0
실시예 2 NMP 치환된 SBR PVDF AlOOH 30:30:40
실시예 3 NMP 치환된 SBR PVDF AlOOH 30:40:30
실시예 4 NMP 치환된 SBR PVDF AlOOH 40:30:30
실시예 5 NMP 치환된 SBR PVDF AlOOH 25:25:50
비교예 1 SBR PVDF AlOOH 0:100:0
비교예 2 SBR PVDF AlOOH 0:50:50
비교예 3 SBR PVDF AlOOH 50:0:50
비교예 4 SBR PVDF AlOOH 50:50:0
실험예 1. 절연 코팅층의 습윤 접착력 측정
본 발명에 따른 절연 코팅층의 접착력을 평가하기 위하여 하기와 같은 실험을 수행하였다.
절연 코팅층이 형성된 금속 시편
실시예 1 내지 4, 및 비교예 1, 2에서 제조한 절연 조성물을 알루미늄 금속 호일에 코팅하고, 건조시켜 평균 두께 약 10 ㎛의 절연층이 형성된 금속 시편을 준비하였다. 상기 절연층이 형성된 금속 시편은 접착력 측정용 타발기를 사용하여 2 cm x 2 cm 크기로 타발하였다. 도 1은 실시예 1에 따른 금속 시편을 제조한 모습을 촬영한 사진이다.
초음파 인가
250 ㎖ 의 비커에 전해액 EC/EMC=3/7(vol.%) 200 g을 투입하고, 상기 전해액에 절연층이 형성된 금속 시편을 함침 시켰다. 상기 금속 시편의 움직임을 제어하기 위하여, 상기 금속 시편을 지그로 고정하였다.
그리고, 상기 금속 시편이 함침된 전해액에 초음파 분산기(BANDELIN 社, 4200)를 이용하여 초음파를 인가하였다. 이때, 초음파 인가 조건은 하기와 같다.
- 주파수: 20kHz
- 팁 직경(Tip diameter): 13 mm (TS-113)
- Amplitude: 100%
(13 mm tip 사용시, Peak-to-peak 132 ㎛)
그리고, 그 결과를 하기 표 2에 나타내었다.
구분 실시예 1 실시예 2 실시예 3 실시예 4 비교예 1 비교예 2
시간(분) 19 19 19 15 5 10
종료 온도(℃) 109 109 109 100 71 87
습윤 접착력 비교 스웰링(swelling) 및 탈리 없음 스웰링 및 탈리 없음 스웰링 및 탈리 없음 스웰링 및 탈리 없음 스웰링 발생 스웰링 및 탈리 발생
표 2를 살펴보면, 실시예 1의 금속 시편은 절연 코팅층에 스웰링 또는 탈리 발생이 없었다. 다만, 실시예 1의 금속 시편은, 초음파 인가에 의한 전해액의 온도 증가로 EMC 의 끓는점이 107.5℃로, 용매가 증발하여 측정환경이 변화하여 109℃ 도달시 측정을 멈췄다.
아울러, 실시예 2 내지 4의 금속 시편도 실시예 1과 마찬가지로 절연 코팅층에 스웰링 또는 탈리가 발생하지 않았다. 다만, EMC 의 끓는점이 107.5℃로, 용매가 증발하여 측정환경이 변화하여 109℃ 도달시 측정을 멈췄다.
아울러, 비교예 1 및 2의 금속 시편은, 전해액에 초음파를 인가한지 5 분 만에 스웰링이 발생하였다. 특히 비교예 2의 금속 시편은 스웰링과 함께 탈리 현상이 관측되었다.
이를 통해, 실시예 1 내지 4의 절연층이 비교예 1 및 2의 절연층 대비 습윤 접착력이 우수한 것을 확인할 수 있었다.
실험예 3. 절연 조성물의 코팅 공정성 평가
양극 활물질로서 LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2 96 중량부, 바인더로서 PVdF 2 중량부, 도전재로서 카본 블랙 2 중량부를 칭량하여 N-메틸피롤리돈(NMP) 용매 중에서 혼합하여 양극 활물질층용 슬러리를 제조하였다. 알루미늄 호일에, 상기 활물질층용 슬러리를 도포하고 건조시킨 후 압연하여 양극 활물질층(평균 두께: 130 ㎛)을 구비하는 양극을 제조하였다.
그리고, 상기 양극 활물질층의 엣지 부분에 절연 조성물을 약 10 ㎛ 두께로 코팅한 후 컨벡션 오븐(130℃)에서 건조하여, 양극을 제조하였다.
제조된 양극 시편에 대하여, 절연층의 두께를 측정하였다. 측정 결과는 도 2 내지 4에 도시하였다. 도 2 내지 4에서, x축은 절연층이 형성된 거리를 상대적으로 표현한 것으로 x축 수치가 0.8 이후는 활물질층이 형성된 영역이다. 또한, y축은 두께(㎛)를 나타낸 것이다.
도 2는, 비교예 1에 따른 절연 조성물(PVDF)을 이용하여 전극에 절연층을 형성한 전극 시편의 두께 변화를 나타낸 것이다. 도 2를 참조하면, 비교예 1에 따른 절연 조성물은 도포 및 건조 과정에서 절연층이 퍼지면서 최대 두께가 5 ㎛를 넘지 못하는 것을 알 수 있다. x축 수치가 0.8인 지점 이후는, 활물질층 두께가 반영된 것이다.
도 3은, 비교예 3에 따른 절연 조성물(SBR + AlCOOH)을 이용하여 전극에 절연층을 형성한 전극 시편의 두께 변화를 나타낸 것이다. 도 3을 참조하면, 비교예 3에 따른 절연 조성물은, x축 기준 0.3 내지 0.8 범위(경계 영역)에서, 평균 두께가 약 8 ㎛ 수준인 것으로 나타났다. 다만, x축 기준 0.8 지점에서, 절연층의 두께가 급격히 감소하여 약 2 ㎛ 수준인 지점이 발생한다. 이는, 절연층 형성시, 활물질층과의 경계 영역에서 코팅 균일성이 급격히 저하됨을 의미한다.
도 4는, 실시예 2에 따른 절연 조성물(NMP 치환된 SBR + PVDF + AlCOOH)을 이용하여 전극에 절연층을 형성한 전극 시편의 두께 변화를 나타낸 것이다. 도 4를 참조하면, 실시예 2에 따른 절연 조성물은, x축 기준 0.3 내지 0.8 범위(경계 영역)에서, 평균 두께가 약 8 ㎛ 수준인 것으로 나타났다. 더욱이, 도 3과 비교하면, x축 기준 0.8 지점에서 절연층의 두께가 급격히 감소하는 현상이 발생되지 않음을 확인하였다. 이는, 절연층 형성시, 활물질층과의 경계 영역에서 코팅 균일성이 우수함을 의미한다.
실험예 4. 전지 셀의 용량 발현 평가
본 발명에 따른 절연 조성물을 이용하여 양극 활물질층을 도포한 후 전지의 성능을 평가하였다. 구체적으로는, 양극의 성능을 평가하기 위하여 하프 셀을 제조한 후 용량 발현을 평가하였다.
하프 셀의 제조
양극 활물질로서 LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2 96 중량부, 바인더로서 PVdF 2 중량부, 도전재로서 카본 블랙 2 중량부를 칭량하여 N-메틸피롤리돈(NMP) 용매 중에서 혼합하여 양극 활물질층용 슬러리를 제조하였다. 알루미늄 호일에, 상기 활물질층용 슬러리를 도포하고 건조시킨 후 압연하여 양극 활물질층(평균 두께: 130㎛)을 구비하는 양극을 제조하였다.
그리고, 상기 양극 표면에 절연 조성물을 약 10 ㎛ 두께로 코팅한 후 컨벡션 오븐(130℃)에서 건조하여, 양극을 제조하였다. 음극으로는 리튬 호일을 사용하고, EC:DMC:DEC=1:2:1 인 용매에 1M의 LiPF6가 들어있는 전해액을 사용하여 코인형 하프 셀들을 제조하였다.
용량 발현 평가
각 셀에 대하여, 45℃에서 0.1C 조건으로 충전 및 방전하면서 용량 발현 여부를 평가하였다.
도 5에는 용량 발현 평가 결과를 도시하였다. 도 5에서, 실시예 1은, 실시예 1에 따른 절연 조성물(NMP 치환된 SBR + PVDF)로 양극 표면을 도포한 경우이다. 비교예 1은, 비교예 1에 따른 절연 조성물(PVDF)로 양극 표면을 도포한 경우이다. 또한, 비교예 4는, 양극 표면을 절연 조성물로 도포하지 않은 경우이다.
비교예 4에서 발현된 용량을 100%로 하였으며, 비교예 1은 셀 용량이 약 40% 수준인 것으로 나타났다.
이에 대해, 실시예 1은 셀 용량이 1% 미만인 것으로 나타났다. 이는 실시예 1의 절연 조성물로 코팅하는 경우에는, 리튬 이온의 이동이 거의 없음을 의미한다.
이러한 결과는, 상기 절연 코팅층이 전해액 내에서 습윤 접착력이 우수하여 전극의 오버레이 영역의 리튬 이온의 이동을 막아 방전시 용량 발현 등을 억제하는 것으로 보인다.

Claims (15)

  1. 비수계 용매 치환된 수계 바인더, 및 비수계 바인더가 블렌딩된 이차전지 전극용 절연 조성물.
  2. 제 1 항에 있어서,
    비수계 용매 치환된 수계 바인더, 및 비수계 바인더가 블렌딩된 바인더 매트릭스; 및
    상기 바인더 매트릭스 내에 분산된 무기 입자를 포함하는 이차전지 전극용 절연 조성물.
  3. 제 2 항에 있어서,
    비수계 용매 치환된 수계 바인더 5 내지 50 중량부;
    비수계 바인더 5 내지 50 중량부; 및
    무기 입자 30 내지 90 중량부
    를 포함하는 이차전지 전극용 절연 조성물.
  4. 제 1 항에 있어서,
    이차전지 전극용 절연 조성물은, 비수계 유기용매를 더 포함하며,
    상기 비수계 유기용매는, N-메틸-피롤리돈(NMP), 디메틸포름아마이드(DMF), 디메틸아세트아마이드(DMAc), 디메틸설폭사이드(DMSO), 에틸렌 카보네이트(EC), 디에틸카보네이트(DEC), 에틸메틸카보네이트(EMC), 디메틸카보네이트(DMC), 프로필렌 카보네이트(PC), 디프로필카보네이트(DPC), 부티렌 카보네이트(BC), 메틸프로필 카보네이트(MPC), 에틸프로필 카보네이트(EPC), 아세토니트릴(Acetonitrile), 디메톡시에탄(Dimethoxyethane), 테트라하이드로퓨란(THF), 감마 부티로락톤(γ-butyrolactone), 메틸 알코올(methyl alcohol), 에틸 알코올(ethyl alcohol), 및 이소프로필 알코올(isopropyl alcohol)로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상을 포함하는 이차전지 전극용 절연 조성물.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 비수계 용매는 N-메틸-피롤리돈(NMP)이고,
    상기 수계 바인더는 스티렌-부타디엔 러버(SBR)이고,
    상기 비수계 바인더는 폴리비닐리덴 플로라이드(PVDF)인 이차전지 전극용 절연 조성물.
  6. 제 2 항에 있어서,
    무기 입자는, 보헤마이트(AlOOH) 및 알루미나(Al2O3) 중 1종 이상인 이차전지 전극용 절연 조성물.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 절연 조성물은, 25℃ 조건에서, 점도가 50 cP 내지 50,000 cP 범위인 이차전지 전극용 절연 조성물.
  8. 수계 용매에 분산된 수계 바인더, 및 비수계 용매의 혼합물로부터 수계 용매를 증발시켜 비수계 용매 치환된 수계 바인더를 제조하는 단계; 및
    비수계 용매 치환된 수계 바인더와 비수계 바인더를 혼합하여 블렌딩된 바인더를 제조하는 단계를 포함하는 이차전지 전극용 절연 조성물 제조방법.
  9. 제 8 항에 있어서,
    블렌딩된 바인더를 제조하는 단계는,
    무기 입자를 혼합하는 과정을 포함하는 이차전지 전극용 절연 조성물 제조방법.
  10. 제 8 항에 있어서,
    비수계 용매 치환된 수계 바인더를 제조하는 단계에서,
    수계 용매에 분산된 수계 바인더, 및 비수계 바인더의 혼합물을 열처리하여 수계 용매를 증발시키는 것을 특징으로 하는 이차전지 전극용 절연 조성물 제조방법.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 열처리는 80 내지 150℃ 범위에서 수행하는 이차전지 전극용 절연 조성물 제조방법.
  12. 전극 집전체;
    전극 집전체의 일면 또는 양면에 형성된 활물질층; 및
    전극 집전체의 일면 또는 양면에 형성되되, 상기 활물질층의 엣지 영역에 위치하는 절연층을 포함하며,
    상기 절연층은 비수계 용매 치환된 수계 바인더, 및 비수계 바인더가 블렌딩된 조성인 이차전지 전극.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 절연층은 비수계 용매 치환된 수계 바인더, 및 비수계 바인더가 블렌딩된 바인더 매트릭스 내에 무기 입자가 분산된 조성인 이차전지 전극.
  14. 제 12 항에 있어서,
    상기 절연층은 평균 두께(Dave)가 1 내지 50 ㎛ 범위인 이차전지 전극.
  15. 제 12 항에 있어서,
    상기 이차전지 전극은 양극인 것을 특징으로 하는 이차전지 전극.
KR1020220093079A 2022-07-27 2022-07-27 이종 바인더가 블렌딩된 이차전지 전극용 절연 조성물, 그 제조방법 및 상기 전연 조성물을 포함하는 이차전지 전극 KR20240015343A (ko)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020220093079A KR20240015343A (ko) 2022-07-27 2022-07-27 이종 바인더가 블렌딩된 이차전지 전극용 절연 조성물, 그 제조방법 및 상기 전연 조성물을 포함하는 이차전지 전극
PCT/KR2023/010523 WO2024025256A1 (ko) 2022-07-27 2023-07-20 이종 바인더가 블렌딩된 이차전지 전극용 절연 조성물, 그 제조방법 및 상기 전연 조성물을 포함하는 이차전지 전극

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020220093079A KR20240015343A (ko) 2022-07-27 2022-07-27 이종 바인더가 블렌딩된 이차전지 전극용 절연 조성물, 그 제조방법 및 상기 전연 조성물을 포함하는 이차전지 전극

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR20240015343A true KR20240015343A (ko) 2024-02-05

Family

ID=89706843

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020220093079A KR20240015343A (ko) 2022-07-27 2022-07-27 이종 바인더가 블렌딩된 이차전지 전극용 절연 조성물, 그 제조방법 및 상기 전연 조성물을 포함하는 이차전지 전극

Country Status (2)

Country Link
KR (1) KR20240015343A (ko)
WO (1) WO2024025256A1 (ko)

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20190093524A (ko) 2018-02-01 2019-08-09 주식회사 엘지화학 리튬 이차전지용 전극, 이의 제조방법 및 이를 포함하는 리튬 이차전지

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2008305662A (ja) * 2007-06-07 2008-12-18 Sony Corp 非水電解質二次電池
JP2014032758A (ja) * 2012-08-01 2014-02-20 Nippon Zeon Co Ltd リチウムイオン二次電池用電極の製造方法、及びリチウムイオン二次電池
JP7148422B2 (ja) * 2019-01-22 2022-10-05 トヨタ自動車株式会社 電極一体型セパレータの製造方法
JP7413180B2 (ja) * 2020-07-28 2024-01-15 帝人株式会社 非水系二次電池
JP7341957B2 (ja) * 2020-07-28 2023-09-11 帝人株式会社 非水系二次電池

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20190093524A (ko) 2018-02-01 2019-08-09 주식회사 엘지화학 리튬 이차전지용 전극, 이의 제조방법 및 이를 포함하는 리튬 이차전지

Also Published As

Publication number Publication date
WO2024025256A1 (ko) 2024-02-01

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR101223081B1 (ko) 전지용 세퍼레이터 및 리튬 2차 전지
EP2808923B1 (en) Method of preparing separator, separator prepared therefrom, and electrochemical device having the same
EP2432066A1 (en) Electrode for lithium ion secondary battery, and lithium ion secondary battery
KR101312431B1 (ko) 세퍼레이터 및 이를 구비한 전기화학소자
EP2005502A1 (en) Electrode having porous active coating layer, manufacturing method thereof and electrochemical device containing the same
KR20120035858A (ko) 사이클 특성이 개선된 전기화학소자
KR20120133288A (ko) 리튬 이차전지
JP2009544135A (ja) 電池、電池用電極、及びそれらの製造方法
KR20180029254A (ko) 충전식 고체 리튬 이온 배터리용 캐소드 재료
KR102321503B1 (ko) 리튬 이차전지용 음극활물질 및 이를 포함하는 리튬 이차전지
KR20180093831A (ko) 접착층을 구비한 리튬 이차전지용 분리막
KR20150015918A (ko) 이차전지용 분리막 및 이를 포함하는 이차전지
Sharma et al. Lithium ion batteries with alumina separator for improved safety
KR101705307B1 (ko) 상 전환법을 이용한 전기화학소자용 세퍼레이터의 제조방법, 그로부터 형성된 세퍼레이터 및 그를 포함하는 전기화학소자
KR20190060719A (ko) 이중층 구조의 활물질층을 포함하는 음극, 이의 제조방법 및 이를 포함하는 이차전지
KR101868210B1 (ko) 리튬 이차 전지 및 이의 제조 방법
KR20210014603A (ko) 전기화학소자용 복합 분리막 및 이를 포함하는 전기화학소자
KR101491805B1 (ko) 전극조립체 및 이를 구비하는 리튬 이차 전지
KR20170057761A (ko) 유기 및 무기물 복합 분리막 및 이의 제조방법
KR20240015343A (ko) 이종 바인더가 블렌딩된 이차전지 전극용 절연 조성물, 그 제조방법 및 상기 전연 조성물을 포함하는 이차전지 전극
KR20120035359A (ko) 사이클 특성이 개선된 전기화학소자
KR20220128304A (ko) 전극 및 이의 제조방법
KR101909294B1 (ko) 안전성이 향상된 분리막의 제조 방법, 이 방법으로 제조된 분리막 및 이 분리막을 포함하는 전기화학소자
EP4207365A1 (en) Method for manufacturing electrode for secondary battery using insulating composition comprising aqueous binder substituted with non-aqueous solvent
KR20230031776A (ko) 비수계 용매 치환된 수계 바인더를 포함하는 절연 조성물을 이용한 이차전지용 전극 제조방법